變電站建筑物及設(shè)施監(jiān)控方案設(shè)計

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摘要:變電站主要由建筑物、一次設(shè)備、二次設(shè)備、輔助系統(tǒng)組成。其中一次設(shè)備、二次設(shè)備均已有成熟的市場及穩(wěn)定的產(chǎn)品。包括存量變電站及新建變電站，其一二次設(shè)備經(jīng)過綜合改造及更新迭代，已處于自動化程度較高的狀態(tài)，基本都實現(xiàn)了無人值班的功能需求。而建筑物與輔助系統(tǒng)，至今為止，仍停留在“非智能”的時代，需依靠運維人員的巡視檢查才能發(fā)現(xiàn)和處理問題，不能及時對建筑物和輔助系統(tǒng)進行監(jiān)測和控制。從各個角度來分析如何構(gòu)建一套穩(wěn)定有效的系統(tǒng)，加強對變電站的建筑物及輔助系統(tǒng)的監(jiān)控，從而提高運維效率。

關(guān)鍵詞:變電站;建筑物;輔助;系統(tǒng);監(jiān)控;方案

1變電站基本概況

目前的變電站基本都屬于無人值班運作的模式。相比較以前的變電站有人值班管理模式，極大地節(jié)約了人力成本，提高了安全運行水平。如1個110kV變電站，有人值班模式需配置4～6名值班人員，無人值班模式只需要配置約1名運維人員。無人值班模式的實現(xiàn)，主要依托于電子及數(shù)字處理技術(shù)的飛速發(fā)展，研發(fā)了各種各樣的自動化監(jiān)控系統(tǒng)，將變電站的一二次設(shè)備的狀態(tài)工況，集中采集起來，通過網(wǎng)絡(luò)通道，傳達至1個區(qū)域的監(jiān)控中心，集中監(jiān)視及控制。而1個監(jiān)控中心只需在崗2～3名人員進行值班，即可監(jiān)控上百個甚至更多的變電站，人均效率的提升不言而喻。對于一二次主設(shè)備而言，已經(jīng)有了比較完備的自動化監(jiān)控系統(tǒng)。而對于建筑物及其他輔助系統(tǒng)，目前并沒有較為完整及可靠成熟的系統(tǒng)。如何設(shè)計一套可靠穩(wěn)定且性價比較高的系統(tǒng)呢?就需要分析變電站的哪些方面需要納入監(jiān)測控制，采用什么樣的布局方案，才能獲得較好的效果和付出較低的成本。在變電站的運行中，常見的且由建筑物或輔助系統(tǒng)引起的問題有:建筑物滲漏水造成泡水或濕度升高、設(shè)備箱體進水造成泡水或濕度升高長期腐蝕設(shè)備、長期大雨造成設(shè)備室特別是高壓室電纜溝泡水危及設(shè)備安全、空調(diào)故障停運造成二次設(shè)備運行溫度過高、散熱風(fēng)機故障停運造成一次設(shè)備運行溫度過高、消防管網(wǎng)因漏水無法維持有效壓力、消防水池因漏水無法保證水池水位、SF6氣體泄漏造成室內(nèi)SF6氣體濃度含量增高等。實際運行工作經(jīng)驗中，有需要進行遙控的輔助設(shè)施有:遠(yuǎn)程開門禁、空調(diào)因故斷電后遙控開啟、室內(nèi)散熱風(fēng)機啟動和停止、照明回路的遠(yuǎn)程控制等。根據(jù)以上的問題導(dǎo)向及需求分析，發(fā)現(xiàn)建筑物及輔助設(shè)施的監(jiān)控系統(tǒng)所面對的監(jiān)控對象類型多種多樣，分布零散，物理空間上的分布極其無規(guī)律。任何監(jiān)控系統(tǒng)的組成，大致都分為數(shù)據(jù)采集終端、數(shù)據(jù)初步處理子站、遠(yuǎn)程中央數(shù)據(jù)及命令處理服務(wù)器這三大部分。1個變電站內(nèi)部署多個數(shù)據(jù)采集終端和一個子站;服務(wù)器應(yīng)部署在區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)中心機房，集中管理多個變電站的子站數(shù)據(jù)和命令;整套系統(tǒng)類似于一二次主設(shè)備的調(diào)度自動化系統(tǒng)。根據(jù)上述分析，建筑物及輔助設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式的選擇，成為了整個系統(tǒng)方案設(shè)計的核心，其將決定系統(tǒng)的可靠性及實施成本。另外，根據(jù)國家及電網(wǎng)公司對網(wǎng)絡(luò)安全管理的要求，電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的信息系統(tǒng)建設(shè)，應(yīng)與互聯(lián)網(wǎng)有較高的安全隔離防范要求，數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)盡量采用電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的現(xiàn)有資源，確保系統(tǒng)安全和數(shù)據(jù)安全，不應(yīng)考慮采用互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)姆绞竭M行數(shù)據(jù)傳輸方案設(shè)計。

2在數(shù)據(jù)采集終端與子站之間的數(shù)據(jù)通信可選擇的方案

2．1數(shù)據(jù)終端與子站之間布設(shè)數(shù)據(jù)線纜

每個數(shù)據(jù)終端與子站之間布設(shè)數(shù)據(jù)線纜，數(shù)據(jù)采集終端的工作電源可就地尋找電源接入或統(tǒng)一敷設(shè)線纜供電，市電220V供電。此方案的優(yōu)點是穩(wěn)定性高，傳輸帶寬高，安全性好，但最大的缺點是在全站幾十個甚至上百個以上的數(shù)據(jù)終端至子站之間敷設(shè)線路，成本高昂，施工難度極高。

2．2電力載波技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)

在數(shù)據(jù)采集終端與子站處分別安裝電力載波模塊單元，經(jīng)站內(nèi)220V配電線路進行高頻載波通信，其優(yōu)點是不需重新布線，施工難度小，帶寬高。缺點就是穩(wěn)定性稍差，原因是變電站內(nèi)的220V布線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)本來就復(fù)雜，載波數(shù)據(jù)終端單元多了之后，相互干擾變強，傳輸可靠性難以保證，調(diào)試糾錯比較困難，載波模塊單價較高。

2．3藍(lán)牙傳輸

藍(lán)牙為高頻傳輸技術(shù)，其傳輸特征是帶寬較高，功耗小，但其覆蓋范圍非常有限，根本滿足不了1個變電站內(nèi)的傳輸需求。2．4WIFI傳輸WIFI是一種比較成熟的高頻傳輸技術(shù)，布點靈活，傳輸帶寬高，但其覆蓋范圍依然是比較有限。雖然可以通過橋接組網(wǎng)的方式布設(shè)多個AP熱點進行整個變電站的無線信號覆蓋，但此種拓?fù)洳季W(wǎng)方式下信號穩(wěn)定性、布設(shè)施工難度、調(diào)試復(fù)雜度、布設(shè)成本都不理想。

2．5Lora傳輸

Lora是一種相對新型的中頻433MHz通信技術(shù)，主要用在傳輸帶寬要求低，覆蓋范圍要求廣，通信要求穩(wěn)定的場景，其主要是應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。1個Lora基站即可確保覆蓋整個變電站的通信范圍，且單個終端通信模塊的價格及基站的價格也在較為合理的區(qū)間，成本不高容易實施。經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，Lora傳輸符合了變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)的主要特征:傳輸數(shù)據(jù)量少、覆蓋范圍廣、通信穩(wěn)定等，是本系統(tǒng)的理想傳輸方式。

3在子站與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)通信可選擇的方案

3．1互聯(lián)網(wǎng)通信根據(jù)之前所述，因數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡(luò)安全的要求，不可取。

3．2系統(tǒng)內(nèi)綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)通信

綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)內(nèi)所承載的的業(yè)務(wù)類型多種多樣，有OA辦公通信，遙視系統(tǒng)等等，若本單位的業(yè)務(wù)管理允許，是一種便捷的可選的通信方式，只需要做通信策略上的配置即可，成本低，實施方便。

3．3系統(tǒng)內(nèi)業(yè)務(wù)專線通信

申請專用的業(yè)務(wù)專線進行通信，1個子站1條專線至服務(wù)器，只需要在專線兩側(cè)增加通信協(xié)議轉(zhuǎn)換器，再配置相應(yīng)通信策略即可，也是一種可選的方式。只是在子站數(shù)量多了之后，通道也多了，管理起來稍顯繁雜一些。

3．4系統(tǒng)內(nèi)業(yè)務(wù)VPN專網(wǎng)通信

在系統(tǒng)內(nèi)已有的通信資源下，專門建立一個給輔助監(jiān)控系統(tǒng)使用的可覆蓋所有變電站的VPN專網(wǎng)，不需增加通信設(shè)施硬件，只需配置相應(yīng)通信策略即可。其優(yōu)點是專用通信，安全性好，子站接入便捷，管理方便，在子站數(shù)量多的情況下，是一種理想的通信方式。子站至服務(wù)器的通信方式選擇，可根據(jù)自身所處的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及需求合理選擇。在數(shù)據(jù)終端、子站、服務(wù)器三大部分的通信方案確定之后，系統(tǒng)的骨架已經(jīng)搭建起來，需要詳細(xì)考慮的是數(shù)據(jù)采集終端的應(yīng)用方式，以下就各種具體的應(yīng)用場景進行舉例分析。3．4．1溫濕度監(jiān)測及加熱器控制在數(shù)據(jù)終端模塊上配置溫濕度傳感器接口以及常開繼電器接口，將溫濕度傳感器接入模塊，即可采集所需場景的溫濕度信息，最終傳輸至服務(wù)器進行綜合應(yīng)用。若所在場景有加熱器，可在服務(wù)器配置策略，根據(jù)溫濕度條件，決定是否自動啟動場景內(nèi)的加熱器，也可手動啟停。加熱器啟?？赏ㄟ^模塊繼電器接點介入控制，繼電器接點可遠(yuǎn)程控制導(dǎo)通及斷開。

3．4．2空調(diào)監(jiān)控溫度傳感器感知出風(fēng)口溫度，霍爾傳感器接入動力電源回路感知工作電流，紅外接收器感知空調(diào)的故障紅外燈狀態(tài)，遙控器接入模塊繼電器控制空調(diào)的啟停。通過以上傳感器信息可綜合判斷空調(diào)的運作狀態(tài)，控制啟停。傳感器均采用外掛方式，是為了不影像空調(diào)原來的使用控制方式。

3．4．3風(fēng)機監(jiān)控霍爾傳感器接入動力電源回路感知工作電流，風(fēng)機啟?？赏ㄟ^模塊繼電器接點介入控制原風(fēng)機的接觸器，原風(fēng)機無接觸器的增加1個控制接觸器。

3．4．4水浸監(jiān)測在容易泡水的地方安裝水位檢測傳感器，可安裝多個傳感器感知不同水位信息，即可對即時的水位區(qū)間有效判別，提前預(yù)控。

3．4．5照明監(jiān)控霍爾傳感器接入動力電源回路感知工作電流，照明啟?？赏ㄟ^模塊繼電器接點介入控制原照明的接觸器，原照明回路無接觸器的可增加1個控制接觸器，若照明回路容量較小也可以不增加接觸器直接用繼電器的接點進行痛斷控制。也可接入亮度傳感器，根據(jù)亮度進行自動控制。

4變電站建筑物及輔助設(shè)施監(jiān)控方案的應(yīng)用

通過以上舉例，可以看出，只要數(shù)據(jù)采集終端模塊集成了數(shù)字接口、模擬接口、繼電器接口，就可接入相應(yīng)的各種類型的傳感器，將數(shù)據(jù)通過傳感器采集，將控制命令經(jīng)過繼電器進行執(zhí)行，實現(xiàn)對被控對象的監(jiān)測與控制。采用不同的傳感器或者不同的傳感器組合，可實現(xiàn)多種多樣的應(yīng)用場景的拓展。除以上列舉的:溫濕度傳感器、霍爾電流傳感器、紅外接收傳感器、亮度傳感器，變電站可以應(yīng)用到的還包括:SF6氣體含量傳感器、氧氣含量傳感器、水壓傳感器、紅外感應(yīng)傳感器、紅外無線測溫探頭、激光傳感器、聲音分貝傳感器等。再借助遙控器、接觸器、繼電器的使用，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的功能。

5結(jié)語

構(gòu)建一套穩(wěn)定可靠的變電站建筑物及輔助設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)，關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)傳輸方式的選擇以及數(shù)據(jù)感知類型的挖掘及組合。設(shè)計得當(dāng)，才能在保證效果的前提下，將實施成本有效控制。

參考文獻:

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［2］梁晴，王碧波．變電站電氣一次設(shè)備安裝及質(zhì)量控制探討［J］．電子測試，2018(22)．

作者：王永宏 梁柏強 劉瀚林 單位：廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司